北方高校景觀水體富營養(yǎng)化評價研究

康孟新，疏 童

(東北電力大學 建筑工程學院，吉林 吉林 132012)

?

北方高校景觀水體富營養(yǎng)化評價研究

康孟新，疏 童

(東北電力大學 建筑工程學院，吉林 吉林 132012)

2015年4月至5月，對北方某高校景觀水體進行采樣分析，并對水質(zhì)狀況和富營養(yǎng)化程度進行了調(diào)查和分析，結(jié)果表明，水體中TN，TP含量較高，N/P約為2.6，屬于氮控制水體，水體受有機污染不太嚴重，但有加劇趨勢；此外，通過采用單因子評價法，綜合水質(zhì)標識法，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對水體富營養(yǎng)化程度進行評價，水體屬于富營養(yǎng)化水體，隨溫度的升高，藻類爆發(fā)的可能性很大。

高校景觀水體；富營養(yǎng)化；氮；磷；評價

隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟發(fā)展，作為城市重要組成部分的景觀水體，如人工湖、人工河道、景觀水池等不斷涌現(xiàn)，成為人們觀光休閑的理想場所。但景觀水體多為靜止或流動性差的封閉緩流水體，水域面積小，水量調(diào)節(jié)能力差，易受周圍環(huán)境影響，水體自凈能力低，很容易發(fā)生富營養(yǎng)化[1-2]。景觀水體為高校營造了優(yōu)美的環(huán)境，是學校精神文明建設的基礎。經(jīng)調(diào)查，高校景觀水體都有不同程度的富營養(yǎng)化，基本為劣V類水體，在夏季容易出現(xiàn)藻類爆發(fā)，嚴重影響了校園景觀和生態(tài)功能[3-7]。本文以我國北方某高校景觀湖為研究對象，通過水質(zhì)監(jiān)測，對校園景觀水體進行水質(zhì)分析和富營養(yǎng)化評價，并提出相應治理措施，為高校景觀水體環(huán)境建設提供參考和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 水體特征

該景觀水體位于北方某高校內(nèi)，水體面積約3 000 m2，水深0.4 m-1.0 m，無外部水源的匯入和流出，主要補給水源為雨水，水量損耗主要為蒸發(fā)和滲漏。

1.2 水樣的采集與保存

根據(jù)《水與廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》，在水面以下0.2 m處用采水器采集水樣于500 mL聚乙烯取樣瓶，由于水域面積較小，沿湖均勻布點取樣，共設置5個采樣點。采樣監(jiān)測時間為2015年4月和5月。

1.3 監(jiān)測項目和分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)分析

生命周期理論認為，含磷和氮的化合物過多的排入水體，破壞了原有的生態(tài)平衡，引起藻類大量繁殖，消耗水中的溶解氧，造成魚類、浮游生物缺氧死亡，而尸體腐爛又造成水質(zhì)污染。根據(jù)生命周期理論，氮、磷的過量排放是造成富營養(yǎng)化的根本原因，藻類是富營養(yǎng)化的主體，它的生長速度直接影響水質(zhì)的狀態(tài)[8]。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，見圖1，水體中的TP維持在1.2 mg/L，TN含量平均值在3.1 mg/L，其均超過水體富營養(yǎng)化發(fā)生的閾值TP—0.086 mg/L，TN—0.843 mg/L[9]，水體中的氮磷比為2.6 屬于氮控制水體。溶解性磷酸鹽平均含量為0.95 mg/L，占總磷含量的80%，說明水中的磷主要是以溶解態(tài)磷酸鹽形式存在。溶解性磷酸鹽是可以直接被藻類吸收利用的磷，也是水生植物吸收的最主要形式[10，11]。水體中的氨氮平均含量為0.68 mg/L，氨氮是浮游植物可直接利用的氮，大多數(shù)浮游植物總是優(yōu)先利用氨氮，在氨氮含量不足時才用硝酸鹽氮[12]。從水中的氮磷含量看，均可以滿足藻類大量生長的需求。水體中的COD含量表示了水中有機污染物含量的高低。水中的COD含量隨時間逐漸升高，平均含量為34 mg/L，說明水體受有機污染并不嚴重，但有逐漸加劇趨勢。

圖1 水體中污染物的含量

2.2 富營養(yǎng)化評價

水體富營養(yǎng)化評價是對水體富營養(yǎng)化發(fā)展過程營養(yǎng)狀況的定量描述，其主要目的是通過對具有水體富營養(yǎng)化代表性指標的調(diào)查，判斷該水體的營養(yǎng)狀態(tài)，了解其富營養(yǎng)化進程及預測其發(fā)展趨勢，為水體水質(zhì)管理及富營養(yǎng)化防治提供科學依據(jù)。由于水體生態(tài)系統(tǒng)較為復雜，變量較多且各變量之間相互影響，難以描述，目前對富營養(yǎng)化的評價指標選取和評價方法等方面還存在較多分歧。在眾多水質(zhì)指標中挑選出的影響富營養(yǎng)化狀態(tài)的因子包括物理、化學和生物等環(huán)境要素進行綜合的評價，才能較客觀地反映出水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)[13，14]。本文采用的富營養(yǎng)化評價方法有：單因子評價法，綜合水質(zhì)標識法，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)。

2.2.1 單因子評價法

單因子評價法是一種簡單、直觀且計算較為簡便的方法。其評價步驟是參照地表水環(huán)境評價標準，對參與評價的各項指標進行類別劃分，然后選擇評價最差的那個指標所屬的類別來代表整個水質(zhì)的類別[15]。其公式如下所示：

GMAX(Gi) ，

(1)

式中：Gi為參與評價的指標的水質(zhì)類別。

在水質(zhì)監(jiān)測過程中，水中TP屬于V類，TN屬于Ⅲ-V類，氨氮屬于Ⅲ類，COD屬于Ⅳ-V類；根據(jù)單因子判別法判定該景觀水體屬于劣V類水體。

2.2.2 綜合水質(zhì)標識法

綜合水質(zhì)標識法是在全面分析各類型水質(zhì)指標污染狀況基礎上，選取具有代表性的重點污染因子，結(jié)合各水體的功能區(qū)標準，通過計算，用一個綜合系數(shù)即水質(zhì)標識指數(shù)來反映河流水質(zhì)狀況[16，17]。

WQI=X1.X2X3X4，

(2)

式中：WQI為綜合水質(zhì)標識指數(shù)；X1為綜合水質(zhì)級別，代表等i個水質(zhì)指標的水質(zhì)類別；X2為綜合水質(zhì)在該級別水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，也就是在X1類水 下限值和X1類水上限值變化區(qū)間中所處的位置，按照四舍五入的方法計算；X3為參與綜合水質(zhì)評價的單項水質(zhì)指標中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標的指標個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果，視綜合水質(zhì)的污染程度，為一位或兩位有效數(shù)字。

其中X1的值，X2的值是由通過計算得到的，而X3的值，X4的值是通過與水環(huán)境的功能區(qū)相比較而得到的，景觀水的綜合水質(zhì)指數(shù)變化趨勢見表1和圖2。綜合水質(zhì)標識指數(shù)隨著時間而增大，說明水體富營養(yǎng)化程度逐漸升高。從圖2看出，水體隨時間的推移，水體的綜合水質(zhì)指數(shù)呈上升趨勢，水體由V類變?yōu)榱覸類。

表1 綜合水質(zhì)指數(shù)計算表

圖2 景觀水體的綜合水質(zhì)指數(shù)

2.2.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

基本公式：

(3)

式中：n為評價參數(shù)的個數(shù)；Mi為第i項參與評價的參數(shù)所得評分值；M為湖泊富營養(yǎng)化所得評分值。

表2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)評分表

2.2.4 三種評價方法的比較

單因子評價法既能對水質(zhì)類別進行評價，又能對同一類別水質(zhì)進行定量的比較，還能夠體現(xiàn)該水質(zhì)類別與目標功能區(qū)的差距，但是單因子評價法是選用評價最差的那個指標來代表整個水體水質(zhì)，這樣會導致最終的評價結(jié)果較為悲觀[18-19]。本文采用單因子評價法可知，該景觀水體屬于V類，但是反映不出水質(zhì)的變化趨。綜合水質(zhì)標識法把各指標的污染狀況經(jīng)過公式運算和水體功能區(qū)級別進行比較，得出一個指數(shù)具體表征水體污染狀況，這樣既能完整的表達綜合水體的水質(zhì)信息，也可以進行定性，定量的評價。采用綜合水質(zhì)標識法進行評價可知水體由V類水體逐漸向劣V類但不黑臭變化。綜合評價法整個評價步驟簡單明了，能直觀的判斷出水體富營養(yǎng)化程度，但不能夠?qū)λw進行明顯的歸類，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法可知水體由重富營養(yǎng)化向極重富營養(yǎng)化變化。對該景觀水體的富營養(yǎng)化評價宜采用多種評價方法聯(lián)合使用，通過單因子評價法找出最不利的狀態(tài)，綜合水質(zhì)標識法定量和定性分析找出水體狀態(tài)和變化趨勢，最后通過綜合評價法判斷水體的富營養(yǎng)化程度和變化趨勢。

3 結(jié) 論

景觀水體水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，整體水質(zhì)比較差，屬于V類水體，水體氮磷含量滿足藻類大量生長的要求，水體受有機污染不太嚴重，但呈加劇趨勢，水體的富營養(yǎng)化程度較高，由于水體溫度較低，暫時沒有出現(xiàn)藻類爆發(fā)情況，但是隨著夏季的到來，水溫逐漸升高，藻類爆發(fā)的可能性很大。在藻類爆發(fā)前，應采取相關處理措施如水體置換，曝氣充氧，水體周邊種植綠地，攔截校內(nèi)污水向湖水排入等措施，改善水體水質(zhì)，減輕水體富營養(yǎng)化程度，遏制藻類爆發(fā)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

[1] 程航，陳旭遠，劉佳.城市景觀水體污染分析及控制技術研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(6):3102-3104.

[2] 年躍剛，閆海紅，宋英偉，等.城市景觀水體什剎前海與羅馬湖水環(huán)境污染特征比較分析[J].中國工程科學，2010，12(6):25-27.

[3] 程婧蕾，王麗卿，季高華，等.上海市10個城市公園景觀水體富營養(yǎng)化評價[J].上海海洋大學學報，2009，18(4):435-442.

[4] 王琳，李敬偉，宮朝舉，等.高校景觀水體水質(zhì)調(diào)查與富營養(yǎng)狀態(tài)評價[J].安徽農(nóng)學通報，2010，16(9):154-157.

[5] 王瓊，伍揚，魏燕芳.高校地表景觀水質(zhì)現(xiàn)狀評價[J].環(huán)境科學導刊，2013，32(2):92-96.

[6] 王琳，李敬偉，夏嫻，等.南京仙林大學城高校校園景觀水體浮游藻類調(diào)查與水質(zhì)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39(1):323-324.

[7] 王軍.某新校區(qū)人工湖水環(huán)境狀況評價及污染控制措施研究[D].重慶:重慶大學，2008.

[8] 張洪，林超，雷沛，等.海河流域河流富營養(yǎng)化程度總體評估[J].環(huán)境科學學報，2015，35(8):2336-2344.

[9] 王霞，呂憲國，白淑英.松花湖富營養(yǎng)化發(fā)生的閾值判定和概率分析[J].生態(tài)學報，2006，26(12):3989-3997.

[10] 陳竑，劉文煒，陳宗勇.南湖富營養(yǎng)化主要控制因子分析[J].廣西大學學報，1999，24(1):80-84.

[11] 金相燦.中國湖泊富營養(yǎng)化[M].北京:中國環(huán)境科學出版社，1990，31-39.

[12] 陳文煊，王志紅.不同形態(tài)氮對富營養(yǎng)化水源藻華爆發(fā)的潛在影響[J].給水排水，2008，34(8):22-27.

[13] 常會慶，車青梅.富營養(yǎng)化水體的評價方法研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35(32):10407-10409.

[14] 荊紅衛(wèi)，華蕾，孫成華，等.北京城市湖泊富營養(yǎng)化評價與分析[J].湖泊科學，2008，20(3):357-363.

[15] 趙前信.四種水環(huán)境質(zhì)量評價方法在六安市水庫中的應用[J].環(huán)境工程，2014，32(3):113-116.

[16] 馬明海，黃民生，胡偉，等.上海市6條中小河道水質(zhì)月動態(tài)評價及解析[J].華東師范大學學報：自然科學版，2015(2):30-39.

[17] 王麗婷，柴增凱，肖偉華等.潘家口水庫秋季水質(zhì)狀況及富營養(yǎng)化評價[J].水資源保護，2014，30(2):21-26.

[18] 康孟新，王德弘.構(gòu)建水體循環(huán)系統(tǒng)保持和改善城市景觀水體水質(zhì)[J].東北電力大學學報，2014，34(4)：51-55.

[19] 喬楠，郭威，于大禹.固定化基因工程菌應用于水環(huán)境污染治理的研究進展[J].東北電力大學學報，2010，30(2)：18-21.

Study on the Eutrophication Evaluation for Landscape Water in North College

KANG Meng-Xin，Tong Shu

(Architecture Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012)

The landscape water in the north college was investigated from April to May of 2015 to evaluate the water quality and the eutrophication degree.The results showed that the content of total nitrogen(TN) and total phosphorus(TP) were high，the N/P was 2.6 that meant the landscape water was controlled by nitrogen，the organic pollution in water was not serious but had deteriorating trend.Meanwhile，the single factor index evaluation method，comprehensive water quality identification index method and comprehensive nutritional state index method were used to evaluate the water eutrophic state，and the landscape water is eutrophic water.The possibility of algae bloom greatly increases with the increase of temperature.

Landscape water；Eutrophication；Nitrogen；Phosphorus；Evaluation

2016-04-12

康孟新(1986-)，女，河南省南陽市人，東北電力大學建筑工程學院實驗師，博士，主要研究方向：水環(huán)境安全與水質(zhì)模擬.

1005-2992(2016)05-0068-05

TU991.22

A